直流输电系统单极金属回线运行方式下线路接地故障及保护研究

单极金属回线方式是直流输电系统中最常见的接线方式之一.首先从理论上分析了直流输电系统单极金属回线运行方式下发生线路接地故障时各特征量的变化情况,并借助RTDS实时仿真系统进行了验证;接着以此为依据,以天广、高肇、兴安等由德国Siemens公司设计的直流保护系统为例,介绍了针对这一故障设置的相关保护;然后结合运行实例和仿真,分析了这些保护存在的缺陷如线路后备保护配合不当和无法快速、准确地检测金属回线线路故障等,最后还提出了一些改进建议,并讨论了各种方案的优缺点.这些分析研究,不但有助于提高直流输电系统的运行维护水平,而且对优化直流保护、提高直流输电系统运行的可靠性有很高的参考价值.     

一起换流站内接地网过流保护动作故障分析

分析了贵广Ⅱ回直流在单极金属回线模式运行时发生的一起换流站内接地网过流保护动作故障,指出故障的诱因是直流线路高阻接地,而深层的原因则在于部分直流保护设计不完善,并给出了相应的直流保护优化整改措施。实践证明,这些措施有效地提高了直流输电系统运行的可靠性。     

±800kV普侨直流一起直流线路故障导致直流闭锁原因分析

文中分析了普侨直流在单极金属回线模式运行时发生的一起直流线路故障导致直流闭锁的原因,指出故障的原因为中性母线上的避雷器被击穿从而导致中性母线差动保护与极差动保护动作,而且部分直流保护设计不完善,并给出了相应的直流保护优化措施。实践证明,这些措施有效的提高了直流输电系统运行的可靠性。     

兴安直流金属回线纵差保护研究

兴安直流现有保护逻辑下,金属回线线路发生瞬时性接地故障后无故障重启逻辑,降低了直流系统的可靠性。提出了兴安直流SIMADYN D平台下增加金属回线纵差保护的程序修改方案,该保护作为直流金属回线线路接地故障的主保护,动作后果为启动直流线路故障重启逻辑。利用兴安直流EMTDC仿真模型,在单极金属运行方式下,开展不同功率水平、不同故障位置、不同过渡电阻的故障仿真。仿真结果显示该保护在过渡电阻较大情况下有拒动的风险,在大负荷条件下执行故障重启并不能有效地熄灭故障点电弧,故障重启失败后闭锁直流。综合考虑保护逻辑设计方案和EMTDC仿真结果,不建议兴安直流增加金属回线纵差保护。     

高压直流不停电方式下接地极线路融冰模式探讨

为避免接地极线路融冰期间直流输电系统停运,提高直流输电系统可靠性和可用率,对直流输电系统处于双极平衡运行方式、单极金属回线运行方式及同塔双回直流接地极线路接线方式进行研究,发现双极平衡运行时中性母线区域电压接近零,单极金属回线方式运行时接地极线路自动与直流系统隔离。根据以上直流系统固有特性,提出对应直流系统不停电时接地极线路融冰策略。又根据同塔双回直流系统共用接地极的特点,提出三种直流系统不停电方式下接地极线路融冰策略,结合实际工程运行情况可选择相应的融冰模式,所提方案可为后续直流系统接地极线路融冰设计提供参考。     

并联型多端直流输电金属回线运行方式*

并联型多端直流输电系统换流器故障后,采用金属回线运行可减小接地极引线电流。与两端直流输电不同的是,并联型多端直流输电系统的金属回线运行方式非常多。以四端并联型多端直流为例,按1～3个换流器故障分类,分别介绍各金属回线运行方式。分析金属回线运行时电流流向。提出在并入开关站的换流站之间采用3根输电线路设计,使得任一换流器故障后均有金属回线运行方式。分析多端系统中换流站共用接地极线的金属回线电流情况,对金属回线电流测点的配置进行建议。     

基于电压和电流突变量的高压直流输电线路保护原理

在对高压直流输电线路区内、外故障和雷击等暂态过程研究的基础上,提出了一种基于电压、电流突变量变化特征的高压直流输电线路主保护原理。该原理对两极线路同侧保护安装处测得的电压突变量幅值的比值设定阈值,选出故障极;利用故障线路两端电流突变量的极性在线路保护区内故障时相异、在区外故障时相同,区分线路上保护区内和区外故障。PSCAD/EMTDC软件对实际高压直流输电系统的仿真结果表明,该保护原理在双极两端中性点接地方式下能够快速判别故障极和区分线路上保护区内、外故障,可靠排除雷击干扰,在故障性雷击和高阻抗接地时准确动作,并适用于一极降压和一极全压运行、功率反送、一极停电检修及单极金属回线运行方式等。采样频率在10～100kHz范围内时可满足保护判据计算要求。     

并联多端直流输电金属回线站内接地故障隔离策略研究

结合乌东德并联三端特高压直流输电工程实例,分析了针对金属回线站内接地故障所配置的极保护逻辑,基于这些保护逻辑,研究了并联多端直流系统在发生金属回线站内接地故障后,在两端、三端运行方式下,针对不同换流站所需要采用的故障隔离策略,并据此提出了N端运行方式的故障隔离策略.通过仿真试验测试,该策略在正确隔离故障的同时,可以最大...     

直流输电线路保护行为分析

介绍了直流系统运行方式及直流线路的保护配置,分析了直流线路保护的动作特性,重点分析了单极金属回线接线方式下西门子公司保护动作特性,指出了其存在的问题,提出了解决方案。     

同塔双回高压直流输电线路故障行波特性研究

受输电走廊的制约,同塔双回直流线路已成为直流输电工程建设的发展趋势之一,然而由于同塔双回直流线路极线间的电磁耦合关系导致了其故障暂态特性极为复杂。行波保护作为直流线路主保护,故障行波特性的研究对其动作性能的分析至关重要。为此,基于无畸变线路模型研究了同塔双回直流线路故障电压电流的相模变换方法和模量求解方法;系统地分析了极线故障行波的特性及其与单回直流线路的差异性,以及实际同塔双回直流线路不对称换位和参数频变等影响因素;基于PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真软件进行了分析验证。研究成果有助于对目前基于单极线电气量的直流线路行波保护动作性能的分析以及其在同塔双回直流线路上的适应性研究。     

葛南直流大地-金属回线转换实例分析

高压直流输电系统中,直流转换开关的运行状况直接影响到单极大地—金属回线转换操作的顺利进行。通过对葛洲坝—南桥直流输电系统中发生的一起大地—金属回线异常转换过程的深入分析,得出由于金属返回线路上过高的感应电压造成直流转换开关振荡回路中相关元件损坏,导致该转换开关保护动作和转换操作失败。根据分析结果,提出了针对本次失败转换过程的改进措施和运行建议,可为新建工程设计和运行维护提供参考。     

雷击高压直流线路杆塔仿真研究

雷击高压直流线路杆塔时,由于预先存在的直流工作电压对杆塔间隙的电气强度可能带来较大的影响,因此线路的耐雷性能与交流情况的不同.作者建立了雷击直流线路杆塔时的线路模型、杆塔模型、闪络判据等,采用仿真软件PSCAD/EMTDC对雷击直流线路杆塔的过电压和闪络进行了仿真分析,讨论了各种运行方式下直流工作电压对线路耐雷性能的影响.仿真分析结果表明: 500kV单极-金属回线运行与双极±500kV运行时,正极线的耐雷水平基本相同,负极线的耐雷水平远高于正极线;-500kV单极-金属回线运行时线路的耐雷水平最高.     

天广直流线路高阻接地故障保护动作分析

结合直流线路高阻接地特性,对比分析天广直流保护系统改造前后在线路高阻接地故障时保护动作情况。改造后的天广直流保护系统,优化了线路纵差保护逻辑,针对本极直流线路高阻接地故障增加了直流线路低电压保护(27DCL),针对单极金属回线方式下对极线路故障增加了专门的保护。针对改造后的27DCL保护超出保护范围的问题,提出了改进意见。改造后的天广直流保护系统提高了保护动作的选择性,降低了直流系统强迫停运的概率,提高了系统可靠性。     

±800 kV特高压直流输电双极区保护的若干问题探讨

在介绍常规±500 kV高压直流输电双极区保护配置的基础上,为了达到±800 kV特高压直流输电系统最大限度保持功率输送的目的,增加了双极区保护判据,提出了新的动作处理策略。具体为:双极运行时,增加差流判据;单极运行时,提出金属回线运行方式处理策略。达到了带故障无危害持续运行的目的,减少了双极区保护动作造成双极停运的概率。     

并联型多端直流输电系统保护相关问题探讨

该文介绍了并联型多端直流输电保护系统分区、测点和开关刀闸位置以及系统运行的方式。对于多端直流输电系统,直流线路保护设置保护线路全长时,可能发生区外故障误动;换流站线路保护需根据所连接的直流线路数目分别配置。在变电站,每条直流线路会配备一套保护装置,每套保护装置配置多套定值,其保护范围分别覆盖不同长度的线路;这些定值需根据其他换流站的运行情况进行切换;支线路故障后可采取隔离故障线路的处理策略,同时需闭锁隔离出来的换流站。不能通过检测是否存在流经接地站的接地电流,来判断是否发生金属回线接地故障;建议在并联型多端系统中不采用移相处理策略清除金属回线接地故障。高压T区保护采用差动原理,保护动作后,建议相关站采用极闭锁策略。逆变站故障后延时分断换流变网侧开关有利于阀的关断。逆变站换相失败后,更大的直流电流将流经换流阀,需在工程设计环节加以考虑,防止交流系统故障引起的换相失败导致直流过流保护动作。     

直流输电系统接地极线路故障研究

以天广、高肇和兴安等由德国Siemens公司设计的直流输电系统中为例,首先简介了所设置的接地极线路故障相关保护及运行实例,然后从理论上分析了单极大地运行方式下接地极线路发生接地故障和断线故障时各特征量的变化特点,并通过RTDS实时仿真系统进行了验证;接着根据这些特点,提出了可以准确判明故障类型的改进措施,确保准确检测接地极线路接地故障,并通过启动线路故障重启动功能,提高直流输电系统运行的可靠性。     

直流输电系统再启动功能改进措施

在高压直流长距离输电中,直流线路发生故障的概率较高,完善和合理使用再启动功能对提高直流输电系统的可用率意义重大。结合南方电网公司和国家电网公司直流工程的运行情况,分析了目前直流线路故障再启动功能现状,发现存在正常双极运行时负极再启动功能退出、可重启的故障范围小等问题。提出了改进建议:完善直流控制系统软件,加强两极之间再启动功能协调配合,在一极事故闭锁、直流线路故障及再启动期间,暂时闭锁另一极的再启动功能,防止两极同时或相继重启,避免因控制软件限制再启动功能的投入。并提出接地极线路接地故障和金属回线故障时,相应的接地极线路不平衡保护（GR模式）和直流线路横差保护的出口方式应由极闭锁调整为直流再启动。     

直流输电系统接地极线路故障研究

天广、高肇和兴安等由德国Siemens公司设计的直流输电系统中为例,首先简介了所设置的接地极线路故障相关保护及运行实例,然后从理论上分析了单极大地运行方式下接地极线路发生接地故障和断线故障时各特征量的变化特点,并通过RTDS实时仿真系统进行了验证;接着根据这些特点,提出了可以准确判明故障类型的改进措施,确保准确检测接地极线路接地故障,并通过启动线路故障重启动功能,提高直流输电系统运行的可靠性.     

并联型混合多端直流线路单极-双极混合运行方式下的故障行波特性

单极-双极混合运行是并联型混合多端直流输电系统中非常重要的一种运行方式,可以最大程度减小换流站故障或检修带来的功率损失,研究该方式下的直流线路故障行波特性及其对行波保护的影响具有重要意义。该运行方式下直流线路间存在一个不对称折反射界面,针对该界面的结构特点进行了行波折反射特性的理论和仿真分析;在此基础上研究了单极接地故障时的故障行波传播特性,并结合工程实际分析了其对行波保护的影响。研究结果表明:模量之间的交叉折射是造成单极双极混合运行方式下故障行波传播特性不同的主要原因;就基于模量的行波保护判据而言,单极双极混合运行方式将造成行波保护动作量减小,需要在定值整定中予以考虑。     

±1 100 kV直流滤波器典型故障过电压特性研究

为了研究±1 100 k V直流滤波器典型故障过电压的特点及其相应的保护措施,针对±1 100 k V昌吉-古泉直流输电工程,利用PSCAD计算并分析了双极全压运行方式、单极大地回线和单极金属回线运行方式下直流滤波器短路、滤波器高低压电容器组分别击穿等滤波器典型故障产生的过电压及其暂态特性,并在最具代表性的故障情况下,研究了避雷器对过电压特性的影响。基于此,进一步研究了保护控制策略对过电压与能量的影响。结果表明,整流侧发生直流滤波器短路故障时,过电压更为严重;单极金属回线下发生直流滤波器短路故障时,过电压更为严重且避雷器吸收能量过大;增设避雷器与保护控制后,关键节点的过电压值均低于该处的绝缘水平,避雷器吸收的能量也未超过其吸收能力。